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一眼看穿假目标,4K全彩雷达来了,让你还装!

  • 2021/4/6 22:12:14
  • 来源:澎湃在线

原创 航小北的日常科普 航空知识

在昨天的文章(文章回顾:太空中的“眼睛”居然能看穿云层?)中,我们介绍了雷达成像卫星的优点,但是在最后稍微留了两个悬念:

01

雷达的分辨率往往很低,所以理论上雷达拍摄到的都应该是144P的马赛克,那么雷达成像、尤其是卫星的雷达成像要怎么提高分辨率?

02

另一个是因为无线电波没有颜色这个属性,所以我们没办法用成像的颜色来辅助判断画面中的物体。

那么,雷达成像卫星,

或者说雷达成像本身所具有的

这种天然的劣势可能被逆转吗?

高分辨率:与过去的自己合作

首先,为什么雷达成像天生在分辨率上比较吃亏?简单说,如果我们有一个直径为D的天线/镜头来接受电磁波,那么这套成像系统的最高分辨率与电磁波的波长成正比,与天线/镜头的直径呈反比。或者说,波长越长或者天线/镜头的直径越小,我们看到的画面越模糊。一眼看穿假目标,4K全彩雷达来了,让你还装!

↑不同电磁波的波长↑

我们举个例子:哈勃望远镜的镜片直径大概是2.4米左右,它观察波长在500nm左右的可见光时,直径与波长的比值大概是500万左右;而专门观察无线电波的射电望远镜“天眼”,他的直径在500米左右,看似口径巨大,但是他观察的无线电波波长在0.1m左右,那么望远镜直径与波长的比值只有5000,天眼的分辨率自然会天然不如哈勃望远镜。

可是,想要提高雷达成像的分辨率怎么办呢?当然只有拼命扩大“天线”的直径了。

其实扩大天线直径的方法还挺多的:第一个办法就是名义上的“扩大直径”,把天线做的又大又圆,但是卫星偏偏重量严重受限,所以这个办法不管用;第二个办法是用多个天线组成阵列来模拟一个直径很大的望远镜,由此提高分辨率。但是同样的,这需要多个卫星精准地合作,在太空中同样很难实现。一眼看穿假目标,4K全彩雷达来了,让你还装!

↑通过射电望远镜组成阵列↑

但是,组成阵列的方法背后还潜藏着第三种方法:“我与我自己组成阵列”。

所谓的组成阵列,原理就是在不同的位置上,同时观察一个物体,然后把收集到的数据收集到一起集中处理,于是就可以通过加倍的信息来把被观察的物体勾画得更加精细。但是,对于一个静止不动的被观察物体,我们不一定是要“同时拍多张照片”,也可以是“不同时间在多个地方拍多张照片”,效果是差不多的。

而就是基于这样的原理,诞生了名为“合成孔径雷达”的技术,它就是通过跟过去的自己合作,对同一个物体在不同时间、不同位置拍摄照片,从而获得大量的信息,最终利用这些信息提高成像分辨率。

↑合成孔径雷达的工作原理↑

而“合成孔径雷达”中的“合成”两个字,指的就是自己跟自己“合成”一个更大孔径的雷达。

极化合成技术:拍到更有用的“颜色”

一般来说,我们认为电磁波只有一个性质,那就是“波长”(或者频率),只要波长一样的光就是一模一样的。其实这个说法不太对,因为电磁波还有另一个性质:极化方向。

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原标题:《一眼看穿假目标,4K全彩雷达来了,让你还装!》

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